瑞薩電子 MCU RT-Thread開發(fā)設(shè)計大賽一等獎作品

作者：架構(gòu)師李肯(全網(wǎng)同名)

1 前言

本文重點(diǎn)介紹了基于RT-Thread和RA6M4實(shí)現(xiàn)samba服務(wù)的移動網(wǎng)盤，包括RT-Thread操作系統(tǒng)的使用情況、硬件載體RA6M4處理器、Samba服務(wù)的適配移植等核心內(nèi)容。

關(guān)于Samba服務(wù)，使用Linux系統(tǒng)作為開發(fā)環(huán)境的小伙伴一定非常熟悉，它是Linux操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)與Windows操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)溝通的重要橋梁。更多關(guān)于它的更多介紹，可以詳見 Samba 。

2 項目簡介

2.1 項目名稱

基于RT-Thread和RA6M4實(shí)現(xiàn)samba服務(wù)的移動網(wǎng)盤

2.2 設(shè)計思路

基于RT-Thread操作系統(tǒng)，使用RA6M4硬件載體實(shí)現(xiàn)samba服務(wù)器的功能，把文件通過 samba 協(xié)議共享出去。

2.3 主要解決的問題

在使用場景上，這個嵌入式移動網(wǎng)盤的投入使用，可以滿足一定程度上解決云主機(jī)快速免費(fèi)存儲空間擴(kuò)容的難題，且數(shù)據(jù)本地可控。

2.4 項目創(chuàng)新點(diǎn)

samba服務(wù)在小型RTOS設(shè)備上的移植和使用。

3 系統(tǒng)架構(gòu)介紹

系統(tǒng)核心架構(gòu)圖如下圖所示：

一言以蔽之：Windows系統(tǒng)通過samba協(xié)議訪問搭載RT-Thread操作系統(tǒng)的RA6M4實(shí)現(xiàn)的smdb服務(wù) 。

4 系統(tǒng)設(shè)計說明

下面就系統(tǒng)的各個組件的設(shè)計，做簡要的說明。

4.1 硬件部分

硬件部分主要分為四大部分：MCU主控、Wi-Fi模組。

MCU主控 ：RA6M4

Wi-Fi模組 : ESP8266

我這里使用的搭建ESP8266 Wi-Fi芯片的模組ESP-12F，它是由安信可科技開發(fā)的，該模塊核心處理器 ESP8266 在較小尺寸封裝中集成了 業(yè)界領(lǐng)先的 Tensilica L106 超低功耗 32 位微型 MCU，帶有 16 位精簡模式，主頻支持 80 MHz 和 160 MHz，支持 RTOS，集成 Wi-Fi MAC/ BB/RF/PA/LNA，板載天線。

4.2 軟件部分

RT-Thread內(nèi)核部分

本項目使用了最新版本的RT-Thread，由于本項目需要使用 at-server 的功能，而Studio更新的 4.1.0 版本并沒有很好地支持這個特性，后面在最新的代碼倉庫中看到了有關(guān) at-server 的更新，于是手動更新到了最新的版本。

軟件包部分

這里主要用了 at_device 軟件包，并且使用它搭載 ESP8266 Wi-Fi模塊，建立server角色的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。在測試工程中，還使用了 ramdisk 這個軟件包，但是使用過程中，發(fā)現(xiàn)了一些問題，后面沒有再使用。

samba服務(wù)部分

本次移植samba源碼，考慮到嵌入式設(shè)備的ROM/RAM比較緊張，特意找了很老的samba源碼，最終的實(shí)現(xiàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)，太新的版本壓根不夠資源去移植，且它依賴了大量Linux原生的接口，根本無從適配。

經(jīng)過簡單驗(yàn)證和挑選，我選的是 smaba-1.9.13，這個版本大概是 1995年發(fā)布的，大家可以想象下：

更多samba的歷史版本，可以查看 這里

https://download.samba.org/pub/samba/old-versions/

應(yīng)用邏輯部分

應(yīng)用邏輯部分，比較簡單，基本就是初始化系統(tǒng)、初始化Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，初始化文件系統(tǒng)、初始化smbd的配置文件，以及啟動smbd服務(wù)器，并處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待客戶端來連接。

5 項目實(shí)施過程

主要實(shí)施過程如下所示：

5.1 項目預(yù)研

早期有做了一個 嵌入式移動網(wǎng)盤 的初步方案，不過當(dāng)時是想自己實(shí)現(xiàn)協(xié)議，真正實(shí)現(xiàn)下來，難度可是非常大;不僅要自己設(shè)計協(xié)議，還要自己設(shè)計客戶端、服務(wù)端，這期間的穩(wěn)定性也沒辦法保證。

后來，我考慮到了使用 現(xiàn)在的samba協(xié)議做移植，但看了最新版本的smaba協(xié)議源碼，感覺一般的嵌入式設(shè)備壓根可能跑不起來，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)得太龐大了。

在這次項目前期，我想到會不會samba早期的實(shí)現(xiàn)包會比較輕量呢，也許能夠在RTOS上基于嵌入式設(shè)備把它跑起來?抱著試一試的態(tài)度，才有了這個項目。

5.2 方案設(shè)計

整體方案設(shè)計，延續(xù)上文有提及的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖，整體上思路還是比較簡單，核心工作就是完成samba協(xié)議基于RT-Thread和RA6M4上的移植適配。

這個方案下，客戶端(Windows側(cè))都是現(xiàn)成的，并不存在障礙，但是要保證實(shí)現(xiàn)的smbd服務(wù)能兼容Windows10的samba掛載請求。

5.3 方案移植

真正做方案移植的時候，我分三步走，每一步的輸出都是后一步輸入的重要前提：

第一步：檢索可用的samba源碼版本，使用原生的Linux系統(tǒng)快速驗(yàn)證

這一部分，重點(diǎn)是要快速驗(yàn)證可行性，并且只能是源碼編譯那種移植，不能用軟件包，期間我總共下載了近 20 個版本，最終選定使用 1.9.13 版本，理由是它使用了SMB2協(xié)議版本，同時，它的源碼結(jié)構(gòu)是一開始的簡單版本模式的最后一個版本，后面的版本源碼目錄就變得復(fù)雜了，層次關(guān)系比較亂。

第二步：使用Qemu-vexpress-A9做基于RT-Thread操作系統(tǒng)的移植適配

單在Linux上跑通了并不稀奇，也不見得就一定能在RT-Thread系統(tǒng)上跑通，所以為了盡快驗(yàn)證在RT-Thread跑通的可能性，我選用Qemu-vexpress-A9做仿真驗(yàn)證，解決一些接口移植的問題，同時還要調(diào)通smbd跑起來后，對Windows10的samba請求的兼容。

幸運(yùn)地是，在Qemu上移植還是比較順利的，我把一些操作系統(tǒng)沒有實(shí)現(xiàn)的接口玻璃出來，同時一些RTT無法支持的特性就使用宏定義屏蔽，只要不影響核心邏輯功能即可。

另外一個，使用QEMU模擬器，使用使用 網(wǎng)卡橋接或網(wǎng)卡共享 使得windows可以鏈接QEMU建立的服務(wù)器，這個課題也在這部分的移植中有所收獲，以后有時間可以寫篇教程介紹介紹。

第三步：將Qemu模擬器跑通的源碼移植到RA6M4上

最后一步才是真正的上戰(zhàn)場，這里就需要先熟悉RA6M4的開發(fā)環(huán)境，工程模板的主題框架等等。

隨后才慢慢開始移植ESP8266的接入，samba源碼的接入，下載調(diào)試等等。

這期間也遇到了一個很坑的的事，在接入ESP8266的時候，不知參考了論壇哪篇文章，它展示的UART3的引腳號是錯誤的，結(jié)果把我誤導(dǎo)了，導(dǎo)致ESP8266死活不成功。

后面還是自己翻手冊，找到了配置引腳的地方，終于把Wi-Fi模塊搞定了，真的是 盡信書，不如無書 !

5.4 方案調(diào)試

方案調(diào)試，一個是把ESP8266接入進(jìn)來，讓RA6M4具備對外的網(wǎng)絡(luò)能力;另一個就是把samba服務(wù)在RA6M4上給跑起來。不過這說起來，真的就是一把鼻涕，一把累。后面的項目總結(jié)會祥講，每一個成功的項目背后一定少不了困難。

5.5 方案優(yōu)化

后續(xù)提升下RA6M4的server網(wǎng)絡(luò)模式的穩(wěn)定性、將文件系統(tǒng)掛載在flash上的可能性，同時實(shí)現(xiàn)samba服務(wù)中對用戶名和密碼的校驗(yàn)。

6 項目效果顯示

相關(guān)的展示圖片和演示視頻，見下文：

【項目展示圖片】

【項目演示視頻】點(diǎn)擊 這里 播放。

【項目開源代碼】

REPO: RT-Thread_RA6M4_Samba

https://gitee.com/recan-li/rt_thread_ra6m4_samba

7 項目復(fù)盤

搞了幾個項目了，RT-Thread Studio還是用不慣，可能一直以來開發(fā)我都習(xí)慣了遠(yuǎn)離這種集成式的編程IDE，移植傾向于類似sublime這種輕量級的編輯工具，它只負(fù)責(zé)編輯，構(gòu)建編譯還是使用其他的方式進(jìn)行。我總是覺得這樣收放更加自如，現(xiàn)在使用Studio，有些時候總覺得縮手縮腳的，可能真的是使用不夠熟吧。

RTT中實(shí)現(xiàn) at-server 的可參考例程很少，在論壇里也發(fā)現(xiàn)好幾個朋友有類似的困惑：第一個是如何使用，第二個是穩(wěn)定性如何。后續(xù)有時間我再總結(jié)總結(jié)我使用這個 at-server 的一些經(jīng)驗(yàn)。

在我的這個項目中，說實(shí)話 RA6M4 這個使用起來還是比較 吃力，主要由兩個方面：

1)這個項目強(qiáng)烈依賴網(wǎng)絡(luò)，而本身資源環(huán)境并不帶網(wǎng)絡(luò)適配器，只能使用類似ESP8266這種外設(shè)網(wǎng)卡，而且是AT模式，加上RTT中的 at-server “并不穩(wěn)定好用”，所以前期我這里摸索困惑了好久好久，一度有放棄的念頭;

2)這個項目強(qiáng)烈依賴文件系統(tǒng)，而RA6M4的例程里，對文件系統(tǒng)這一塊也暫時未看到好的適配例程，只能自己去玩;所以為了加快方案的驗(yàn)證，我采用了 ramfs 用內(nèi)存去仿真文件系統(tǒng)，一定程度上解決了一些問題;但是偏偏ramfs又不支持創(chuàng)建目錄，經(jīng)過搜索軟件包，得知ramdisk這個軟件包可以解決這個問題。結(jié)果使用后，掛載是掛載上了，也可以創(chuàng)建目錄，但是/tmp目錄下一堆的莫名文件，每個文件幾百M(fèi)B，也可能是一些配置搞錯了，但是掛載出來的文件系統(tǒng)有問題;最后還是放棄了ramdisk。

綜上兩個最大的需求，都沒有很好的解決方案，所以最終在RA6M4上實(shí)現(xiàn)的并不是很穩(wěn)定。

類似的，同樣的samba源碼，在QEMU-VEXPRESS-A9上，跑得非常優(yōu)秀，非常穩(wěn)定，這個真就比不了。

samba 源碼的移植過程中，遇到很多Linux原生對文件系統(tǒng)權(quán)限管理的接口或內(nèi)容，考慮到RTT這邊實(shí)現(xiàn)的文件系統(tǒng)肯定沒有相關(guān)的，所以裁掉了很多關(guān)于這方面的校驗(yàn)。同時，實(shí)現(xiàn)的samba目前還是guest模式，即不檢驗(yàn)用戶名和密碼，后續(xù)可以再改進(jìn)改進(jìn)。

RA6M4的下載真的太慢了，下載的過程都可以打個瞌睡了，比較影響調(diào)試。

8 致謝

感謝論壇各路大佬的支持，感謝瑞薩和RT-Thread的大力支持，期待后續(xù)有更多這樣的優(yōu)秀活動開放。

9 更多分享

架構(gòu)師李肯

架構(gòu)師李肯(全網(wǎng)同名)，一個專注于嵌入式IoT領(lǐng)域的架構(gòu)師。有著近10年的嵌入式一線開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，深耕IoT領(lǐng)域多年，熟知IoT領(lǐng)域的業(yè)務(wù)發(fā)展，深度掌握IoT領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)棧，包括但不限于主流RTOS內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)及其移植、硬件驅(qū)動移植開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議開發(fā)、編譯構(gòu)建原理及其實(shí)現(xiàn)、底層匯編及編譯原理、編譯優(yōu)化及代碼重構(gòu)、主流IoT云平臺的對接、嵌入式IoT系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計等等。擁有多項IoT領(lǐng)域的發(fā)明專利，熱衷于技術(shù)分享，有多年撰寫技術(shù)博客的經(jīng)驗(yàn)積累，連續(xù)多月獲得RT-Thread官方技術(shù)社區(qū)原創(chuàng)技術(shù)博文優(yōu)秀獎，榮獲CSDN博客專家、CSDN物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域優(yōu)質(zhì)創(chuàng)作者、2021年度CSDN&RT-Thread技術(shù)社區(qū)之星、2022年RT-Thread全球技術(shù)大會講師、RT-Thread官方嵌入式開源社區(qū)認(rèn)證專家、RT-Thread 2021年度論壇之星TOP4、華為云云享專家(嵌入式物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計師)等榮譽(yù)。堅信【知識改變命運(yùn)，技術(shù)改變世界】!歡迎關(guān)注我的gitee倉庫01workstation ，日常分享一些開發(fā)筆記和項目實(shí)戰(zhàn)，歡迎指正問題。